[科普中国]-汽轮机末级叶片

汽轮机末级叶片指汽轮机内蒸汽过程的最后一级叶片，通常指汽机低压缸的最后一级叶片。

概述蒸汽在汽轮机内做功伴随着压力和温度的降低，体积的膨胀，由于最后一级的蒸汽压力最低，所需的容积流量也最高，因此末级叶片是汽轮机各级叶片中最长的一级，承受最大的离心力载荷和由此产生的应力。

末级叶片是汽轮机中的一个重要部件，它的工作环境复杂，其可靠性的影响因素众多，是一个复杂的多学科问题，它不仅与机械设计、空气动力学设计、材料成分设计有关，还与材料热处理工艺设计、材料生产控制、成品组装工艺及控制、环境因素等相关。在国内外汽轮机的运行过程中，都曾出现较多的末级叶片裂纹或断裂事故。究其原因是多样性的、复杂的。为了保证汽轮机的正常运转，有效减少和预防事故的发生，在汽轮机末级叶片正式投入使用之前，我们有必要对汽轮机末级叶片进行全面的微观组织结构和力学性能的分析，以确保其在投入使用后能正常运转，避免叶片过早的失效，有效提高汽轮机的可靠性和安全性。1

结构形式概括来讲，汽轮机末级叶片有3种结构形式，即自由叶片、成组叶片及由围带和/或拉筋连接的整圈叶片。从国内外汽轮机制造厂家来看，BBC、Allis-charmers、KWU等公司采用过自由叶片，美国通用电气、西屋公司、三菱、日立、列宁格勒金属工厂等多采用成组叶片。从动力学的观点来看，自由叶片流型好、应力集中强度较低、其振型少，而且易于计算，但其最大的缺点是对抗拉强度要求高，故叶根很宽，这样沿叶高的递减率很大，叶顶的挠性大，极容易产生颤振。成组叶片及整圈叶片是通过围带与叶顶铆接进行固定。当然围带也可以与叶片整锻而成，而后彼此焊接在一起。同样拉筋也可以和叶片锻成一体，或松拉筋型式。美国通用电气和西屋公司等采用的成组叶片为每组4只或6只不等，通过自身围带和阻尼拉筋连在一起。国内851mm和1016mm叶片为成组连接，680mm、710mm叶片为铆接整圈围带，拉筋为整圈松拉筋。

?与叶轮相衔接的叶根有倒T型、双倒T型、外包菌型、枞树型及叉型。美国通用电气公司及西屋公司多采用枞树型叶根，国内200MW机的末级叶片叶根为五叉型和七叉型，通过定位销与叶轮轮缘锁定。

水蚀问题汽轮机低压部分叶片工作在含有水滴的湿蒸汽中，在水滴的作用下叶片产生水蚀，特别是低压末级叶片，由于蒸汽湿度大，且圆周速度又高，使叶片极易遭到水蚀。一般情况下。叶片发生水蚀的区域为顶部进汽边和根部出汽边，叶片的水蚀会导致叶片出现蜂窝状组织，严重者使叶片进出汽边缘呈现锯齿状，形成很多细小的裂纹。这些部位很容易产生应力集中，抗疲劳强度降低，水蚀发展到一定程度还会改变叶片的振动特性。导致机组发生强烈振动等恶性事故，而且可使级效率下降。2

表面防护1、电火花强化

电火花强化是直接利用火花放电的高密度能量将作为正极的电极材料熔化、涂覆、熔渗进金属工件的表层，形成合金化的表面强化层，从而使工件表面的物理、化学和机械性能得到改善。电火花表面强化工艺具有以下特点：操作简单，不会使工件退火或热变形，强化层与基体的结合为冶金结合，非常牢固，不会产生有毒气体、液体等污染环境，可对工件表面进行局部强化等。一般的研究结果表明，采用硬质合金作强化电极进行电火花强化，在材料表面形成一层一定厚度的硬化层，这层硬化层的硬度较高，耐磨粒磨损、耐水刷能力较强，能较好地保护材料不受损害。硬化层厚度越厚及硬度越高，耐磨粒磨损、耐水刷能力越强。所以，为得到较好的耐水刷硬化层，必须采用硬质合金作电极，用合适的工艺得到一定厚度的高硬度硬化层。但硬化层不能太厚，否则容易产生表面裂纹，从而影响防水蚀效果。

2、热喷涂

热喷涂是指将熔融状态的喷涂材料通过高速气流将其雾化，喷射到件上形成喷涂层的一种表面加工方法，主要可分为火焰喷涂、超音速火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂及高速电弧喷涂等。热喷涂技术在航空航天、化工、机械等行业已得到广泛应用，就电力行业而占，热喷涂技术的应用在几年内已显示出蓬勃发展的势头，并已从传统的火焰喷涂、电弧喷涂转向先进的超音速火焰喷涂和高速电弧喷涂技术。近年来，随着超音速电弧喷涂技术的迅速发展，涂层的硬度和结合强度更高，特别是涂层的孔隙率更低(